Membranas celulares transporte de nutrientes al interior de las células. Enfermedades asociadas

Introducción

El microscopio electrónico, permitió
conocer acerca de las características estructurales de las
membranas celulares, considerada como uno de los organitos
membranosos de las células, de estructura muy
dinámica, que participa en diversos procesos
metabólicos indispensables para su
funcionamiento.

Las membranas biológicas son organizaciones supra
moleculares flexibles y fluidas que delimitan las células
del medio circundante, como es el caso de la membrana
plasmática, o constituyen el sistema de endomembranas
característico de las células eucariotas que
condiciona la compartimentación de
éstas.

La composición molecular de las membranas
varía según el tipo de célula del cual forma
parte, están constituidas fundamentalmente por
lípidos, proteínas y glúcidos en
pequeñas cantidades.

Una de las funciones de las membranas
celulares es el intercambio de sustancias con el medio, sobre de
los mecanismos de transporte a través de las membranas
abordamos a continuación algunos aspectos.

DESARROLLO.

Mecanismos
moleculares que intervienen en el transporte de la
glucosa

El transporte de la glucosa a través de la
membrana plasmática de las células de
mamífero representa uno de los eventos más
importantes del transporte de nutrientes ya que este
azúcar tiene un papel central en el metabolismo y en la
homeostasis celular. El ingreso de la glucosa a las
células se realiza mediante dos tipos de proteínas
acarreadoras: los transportadores de glucosa asociados a sodio
(SGLT) y los sistemas facilitadotes del transporte de glucosa
(GLUT). Esta revisión presenta presenta las principales
características moleculares, bioquímicas y
funcionales de cada transportador.

La glucosa es el principal monosacárido en la
naturaleza que proporciona energía a las células de
una amplia gama de organismos, que va desde los más
simples como la levadura hasta los más complejos como el
ser humano.

Esto hace que el transporte de este azúcar al
interior celular constituya un proceso esencial para el
metabolismo energético y en consecuencia, para los
procesos que mantienen la vida. El transporte de la glucosa a
través de la membrana celular se lleva a cabo por dos
familias de proteínas de membrana: los transportadores de
glucosa acoplados a sodio (SGLT) y las proteínas
facilitadoras del transporte de glucosa (GLUT). Los primeros se
expresan principalmente en epitelios que se encargan de la
absorción y de la reabsorción de nutrientes, esto
es, el epitelio del intestino delgado y el epitelio tubular renal
y permiten mover la glucosa de un compartimiento a
otro.

Obtención
y absorción de carbohidratos

En el ser humano los monosacáridos de la dieta
como la glucosa, la galactosa y la fructosa, se absorben en el
duodeno y en la parte superior del yeyuno en el intestino
delgado. La glucosa y la galactosa entran en las células
epiteliales intestinales en contra de sus gradientes de
concentración por un mecanismo de cotransporte dependiente
de sodio (Na+). El ion Na+ proporciona la fuerza motriz para el
movimiento de la glucosa al interior celular. El gradiente
químico de Na+ que impulsa el transporte de la glucosa se
mantiene por acción de la bomba de Na+ y potasio (K+),
llamada también ATPasa de Na+/K+ por utilizar trifosfato
de adenosina (ATP) como fuente de energía. El Na+ que
ingresó al interior celular junto con la glucosa o la
galactosa es bombeado hacia fuera nuevamente,
manteniéndose el gradiente a favor de la entrada de este
ión. La glucosa y la galactosa se mueven posteriormente
hacia los vasos sanguíneos intestinales siguiendo su
gradiente de concentración. Inicialmente se mueven hacia
el espacio intersticial cruzando la membrana baso lateral de las
células intestinales y de ahí a los capilares por
difusión. La fructosa se absorbe desde la luz intestinal
mediante difusión facilitada independiente de Na
(positivo) y posteriormente por difusión alcanza la
circulación sanguínea de manera similar a la
glucosa y galactosa.

Regulación
de la glucosa plasmática

Además de la dieta, la glucosa sanguínea
proviene también la gluconeogénesis hepática
y/o de su movilización a partir del glucógeno
almacenado. Por lo tanto, los niveles de la glucosa
sanguínea en cualquier momento son la resultante del
equilibrio de estos procesos. El rango de variación de los
niveles de la glucosa en la sangre es muy estrecho gracias a la
acción orquestada por varias hormonas, como el
glucagón, la adrenalina, el cortisol y la insulina, entre
otras. De todas ellas, la insulina resalta por su potente
acción hipoglicemiante, es decir por su capacidad para
reducir la concentración de la glucosa en la sangre
después de una ingesta de carbohidratos. El efecto
hipoglicemiante de la insulina se debe principalmente a que
induce la incorporación de los transportadores de glucosa
(GLUT) a la membrana plasmática de las células
músculo esqueléticas, de los adipositos y de los
hepatocitos, produciendo la entrada masiva de la glucosa a estos
tejidos y bajando el nivel en la sangre).

Mecanismos de
transporte de la glucosa

Como ya se mencionó, además del transporte
de glucosa asociado a Na+, la glucosa entra a las células
por los sistemas facilitadores del transporte de glucosa o GLUT.
Estos transportadores se expresan en todos los tejido del
organismo, constituyendo el principal mecanismo de entrada de la
glucosa a todas las células. Los GLUT transportan la
glucosa a favor de su gradiente de concentración, de
ahí el nombre de difusión facilitada. Hasta la
fecha se ha reportado la existencia de 14 miembros de esta gran
familia de proteínas acarreadoras. A continuación
se describe de manera general estos dos sistemas de transporte
para la glucosa, mencionando su estructura, sus propiedades
cinéticas, la especificidad del sustrato, su
regulación hormonal y su disfunción en algunos
estados patológico.

Los transportadores de la glucosa SGLT y GLUT participan
en el control hormonal del metabolismo al ser mediadores de la
entrada, utilización y almacenamiento de la glucosa.
Permiten un transporte de la glucosa altamente regulado al
expresarse de manera diferencial en los tejidos y al depender de
estímulos humorales diversos para regular su
función. Actualmente se han caracterizado con detalle
varios aspectos de estos transportadores, como la
distribución de su expresión en los tejidos, su
especificidad al sustrato, su cinética, y en el caso de
algunos, su papel fisiológico. Sin embargo, aun falta por
conocer diversos aspectos, como por ejemplo, los mecanismos
mediante los cuales se regula su síntesis, el mecanismo de
incorporación a las vesículas intracelulares, los
mecanismos de translocación, internalización,
degradación, etc. El conocimiento detallado de estos
sistemas de transporte y el de su regulación en el futuro,
nos permitirán diseñar estrategias
terapéuticas más eficientes en el caso de su
disfunción.

TABLA 1

Características funcionales de los GLUTS y
SGLT

HPTG+ (Hipertrigliceridemia) e HPINS*
(Hiperinsulinemia)

Proteínas
de membrana

Las membranas biológicas son esenciales en la
célula en cuanto a:

• 1- Individualidad celular. Esta queda
  determinada por la presencia de una membrana
  plasmática que limita la célula.

• 2- Interacción de la célula con
  el medio. Al ser la superficie externa de la célula la
  membrana plasmática sirve de vínculo entre la
  célula y su medio en procesos tan importantes como el
  intercambio de material, reconocimiento y
  unión.

• 3- Compartimentación. Membranas
  biológicas limitan en el interior de la célula
  espacios vinculados a actividades metabólicas
  particulares.

Las proteínas de la membrana juegan un papel
importante en la funcionalidad de éstas en la medida que,
además de constituir componentes estructurales,
también pueden ser enzimas, moléculas de
transporte, receptores y moléculas de
adhesión.

• RECEPTORES DE
  MEMBRANA:

Son proteínas transmembrana que permiten a la
célula el reconocimiento y fijación

Modelos
celulares

Modelo de Célula
secretora:

Una gran cantidad de células en el organismo
cumplen la función de producir y

secretar macromoléculas, y por lo tanto tienen
desarrollo de los organitos que le permiten desempeñar esa
función.

Las secreciones pueden ser enzimas u hormonas,
precursores de fibras (colágenas y elásticas),
mucina (glicoproteínas y proteoglucanos) y esteroides. La
forma en que las macromoléculas sean secretadas es de
acuerdo a la organización que tomen las células en
la formación de los tejidos (epitelial, conjuntivo, etc.),
condiciona la ubicación de los organitos en el citoplasma.
Las

células epiteliales como veremos posteriormente,
lo mismo cuando constituyen

membranas, que en las glándulas, presentan
polaridad en la ubicación de sus

estructuras internas, ya que la secreción (en la
mayoría de los casos), saldría por su parte apical.
Estas células epiteliales por los contactos que establecen
con las células vecinas, presentan 3
superficies:

• Libre o apical.

• de contacto o lateral con las
  células vecinas.

• Basal

• CÉLULAS SECRETORAS DE
  PROTEÍNAS:

Muestran desarrollo del retículo
endoplasmático rugoso, lo que le da la basofilia con
coloraciones de H/E. Se encuentra desarrollado también el
Aparato de Golgi que se ubica entre el núcleo y el polo
secretor. Presentan abundantes mitocondrias que aportan la
energía y el núcleo que se observa en estas
células es de cromatina laxa con un nucléolo
evidente por la participación del mismo con
relación a la síntesis de los ribosomas.

• CÉLULAS SECRETORAS DE
  ESTEROIDES:

Tienen muy desarrollado el Retículo
endoplasmático liso, y las mitocondrias presentan crestas
tubulares, destacándose también vacuolas de
lípidos en el citoplasma (precursores de los esteroides),
por lo que el mismo se expresa vacuolado con la tinción de
Hematoxilina- Eosina.

Ejemplos de este tipo de células los tenemos en
la corteza de las glándulas suprarrenales, y en las
porciones endocrinas del ovario y del
testículo.

• CÉLULAS DE TRANSPORTE
  IÓNICO:

Las características estructurales de este tipo
celular, están encaminadas a aumentar el área de
membrana que contiene las proteínas que funcionan como
bombas de iones, y por tanto sus membranas se pliegan hacia el
interior del citoplasma a modo de canales (células
parietales del estómago).

Presentan gran número de mitocondrias que proveen
la energía para el funcionamiento de la bomba.

• CÉLULAS
  ABSORTIVAS:

Son una modalidad de las anteriores, pero que al
absorber nutrientes, requieren de especializaciones en su
superficie apical a modo de micro vellosidades, que aumentan su
superficie de absorción y del citoesqueleto para
sostenerlo. Ellas muestran también especializaciones de su
borde lateral que confieren un sellaje entre ambas. Presentan
también gran número de mitocondrias entre los
pliegues de la zona basal. Ejemplo de estas células se
presentan en el intestino delgado y grueso (para la
absorción de nutrientes y agua), en la vesícula
biliar y en los riñones.

• CÉLULAS
  FAGOCÍTICAS:

En este grupo se incluyen un número considerable
de células que con diferentes ubicaciones en el organismo,
tienen en común la función de defensa mediante la
fagocitosis.

Células de almacenamiento (de grasa, de
pigmentos, de glucógeno y de hemoglobina)

• CÉLULAS
  CONTRÁCTILES:

Estas células muestran un desarrollo notable de
las proteínas contráctiles (actina y miosina) que
forman la unidad para la contracción. Tienen mitocondrias
abundantes con muchas crestas y morfología variada.
Además de las células musculares lisas,
esqueléticas y cardíacas, se identifican como
tales, las células mioepiteliales, los pericitos que
rodean los vasos sanguíneos y los miofibroblastos del
tejido muscular.

• CÉLULAS
  NERVIOSAS:

Células especializadas en la excitabilidad y la
conducción de impulsos. Presentan formas variadas, pero en
general se les observa un cuerpo central con prolongaciones que
parten de él, que están relacionadas con la
captación y conducción de dichos
impulsos.

• CÉLULAS INDIFERENCIADAS:

Como su nombre lo indica, este tipo celular tiene la
posibilidad de dar lugar a otros tipos celulares. En su
citoplasma predominan los polirribosomas libres, que le aportan
la maquinaria sintética para dar lugar a otros tipos de
células especializadas. Ejemplo células
mesenquimatosas indiferenciadas del tejido

conjuntivo, las células troncales y el
ovocito.

• MODELO DE ÓRGANO
  TUBULAR

. También llamados huecos o cavitarios,
presentan a la inspección macroscópica una cavidad
central delimitada por una pared que histológicamente
presenta una distribución de tejidos del centro a la
periferia, que comprende: Tejido Epitelial, Tejido Conjuntivo,
Tejido Muscular y Tejido Conjuntivo, estando el Tejido Nervioso
disperso entre estos componentes.

• MODELO DE SECCIÓN CORPORAL O
  ESQUELETICO

Este modelo, refleja la expresión de un corte
transversal a cualquier nivel de las

extremidades donde se observe la anatomía
topográfica de dicha zona. Desde el punto de vista
histológico, siempre se observan de la superficie corporal
al centro los siguientes tejidos: Epitelial, Conjuntivo General,
Conjuntivo Especial de tipo óseo o cartilaginoso con el
Nervioso distribuido entre ellos, identificándose
macroscópicamente.

Enfermedades
asociadas

La miocardiopatía dilatada idiopática es
una enfermedad familiar en un 30-50% de los casos. Hasta el
momento se han identificado mutaciones asociadas con esta
enfermedad en más de 25 genes diferentes, relacionados con
proteínas del citoesqueleto, el sarcómero, las
uniones intercelulares, la membrana nuclear, los canales
iónicos y las proteínas mitocondriales. Los
estudios de correlación entre genotipo y fenotipo muestran
que ciertas características clínicas, como la
presencia de trastornos de la conducción, miopatía
esquelética o hipertrabeculación, pueden orientar
hacia la causa genética de la enfermedad. Por otra parte,
mutaciones en los mismos genes pueden tener una expresión
clínica muy variable y asociarse con diferentes fenotipos,
como miocardiopatía hipertrófica, restrictiva,
falta de compactación, displasia arritmogénica del
ventrículo derecho o miopatía esquelética.
Aunque los estudios genéticos no son una práctica
habitual en la miocardiopatía dilatada, disponemos ya de
conocimientos y tecnología suficiente para comenzar a
utilizarlos. Los médicos responsables del tratamiento de
los pacientes con miocardiopatía dilatada deben
aproximarse a la genética y participar en la
investigación clínica con su propio conocimiento
sobre la enfermedad .La utilidad práctica de la
genética es ya una realidad en las miocardiopatías
y debemos hacer un esfuerzo para que los pacientes se beneficien
del avance en el conocimiento.

• LA MIOCARDIOPATÍA DILATADA ES CON
  FRECUENCIA UNA ENFERMEDAD FAMILIAR DE CAUSA
  GENÉTICA

La asociación familiar de la MCD primaria ha sido
demostrada en múltiples estudios, y aunque en
teoría podría deberse tanto a la presencia de
factores genéticos como ambientales comunes a una misma
familia, todos los indicios indican que la MCD familiar implica
casi siempre la presencia de una causa genética2-11.
Según los trabajos más recientes, en los que se ha
realizado un estudio sistemático de los familiares de
pacientes con diagnóstico de MCD idiopática, entre
un 25 y un 50% de los casos tienen una presentación
familiar. En todo caso, estas cifras casi con seguridad
infraestiman la prevalencia real de la enfermedad familiar. En
los casos con mutaciones de novo, la naturaleza familiar de la
enfermedad no se pondrá de manifiesto hasta al menos la
siguiente generación. En casos con herencia recesiva es
difícil identificar la naturaleza familiar y
genética de la enfermedad, salvo cuando se determina la
causa genética específica o cuando hay antecedentes
de consanguinidad que hacen sospecharla. Incluso en casos con
herencia dominante, el estudio familiar suele centrarse en los
descendientes de los sujetos afectados, niños o adultos
jóvenes, que pueden ser portadores sanos de la
mutación y desarrollar la enfermedad más adelante.
En estos casos es importante tener un alto índice de
sospecha ante alteraciones aparentemente inocentes, como una
ligera dilatación del ventrículo izquierdo, una
disminución leve de la función sistólica,
alteraciones electrocardiográficas o concentraciones
elevadas de creatincinasa (CK). Concretamente, cuando se realiza
el estudio ecocardiográfico de familiares de pacientes con
MCD se deben tener en cuenta la edad, el sexo, la talla y el peso
del paciente, y calcular la diferencia entre el diámetro
obtenido y el previsto en función de las
características del individuo.

• Preeclampsia, migración celular y canales
  iónicos

En la placenta humana, el sinciciotrofoblasto es la
barrera que regula el transporte de nutrientes, solutos y agua
entre la sangre materna y fetal. Dentro de este movimiento
transepitelial se encuentra el del Na+, su contribución a
la presión osmótica es fundamental en la
regulación del volumen de líquido extracelular. El
canal epitelial de sodio sensible al amiloride (ENaC) media el
transporte de Na+ desde el lumen hacia el interior celular en
numerosos epitelios absortivos. Está regulado por la
aldosterona, vasopresina, catecolaminas, estrógenos y
progesterona. Es bloqueado por el amiloride y sus
análogos. Para su activación, diversas proteasas lo
escinden en la membrana plasmática y esto a su vez es
regulado por la aldosterona. El ENaC está expresado
también en la placenta humana y aunque su función
no es conocida, podría participar en la homeostasis de
agua y electrolitos. El ENaC también es influenciado por
el estado de las proteínas del citoesqueleto y los cambios
en el volumen celular alteran a su vez a éste. De esta
manera existe una relación entre el ENaC y el
citoesqueleto. Además, las corrientes de Na+ por el ENaC y
otros canales de sodio participan en la migración celular
en células normales y cancerosas. Aquí presentamos
evidencias que avalan la hipótesis que el ENaC es
necesario para la migración celular en células
BeWo, derivadas del trofoblasto humano, que sintetizan hormonas y
expresan el ENaC. Las células BeWO han sido utilizadas
como modelo experimental para estudiar el transporte en
células de placenta. La preeclampsia ocurre sólo en
presencia de la placenta; la remoción de la misma
normaliza la sintomatología en la mayoría de los
casos, la placenta es primordial en su desarrollo. No se conoce
la causa del síndrome; existen varias hipótesis,
todas ellas con una profusa literatura que las apoya:
insuficiencia placentaria, reacción autoinmune, el
estrés oxidativo, liberación de fragmentos de
trofoblasto apoptóticos, disminución en la
síntesis de aldosterona, sustancias
anti-angiogénicas y una inadecuada invasión de las
arterias espiraladas del trofoblasto que alterarían el
desarrollo de la vasculatura materno fetal y, por consecuencia,
un defecto en la implantación fetal. Sobre esta
hipótesis nos detendremos aquí en su posible
relación con una anomalía en la invasión del
trofoblasto. La migración celular es crucial en la defensa
inmunológica, la morfogénesis embrionaria, la
reparación de heridas y la regeneración de los
tejidos. Es un fenómeno complejo que requiere de la
integración de señales mecánicas y
químicas que llevan a la represión en la
expresión de moléculas de adhesión por una
regulación epigenética de las mismas y a cambios en
el volumen y en el citoesqueleto celular. La regulación
aberrante de este proceso permite el progreso de enfermedades,
como ocurre en la invasión de los tumores malignos y el
origen de la preeclampsia. Vila-Carriles et al. han demostrado
que parte del mecanismo por el cual los gliomas invaden los
tejidos normales es por una corriente de Na+ mediada por un canal
de la familia de las degenerinas, a los que pertenece
también el ENaC. La expresión de estos canales es
menor o inexistente en los astrocitos normales o gliomas de bajo
grado de malignidad. La mayor expresión de canales en las
células de los gliomas muy invasores representaría
una adaptación de las células tumorales que
facilitan su progresión. La inhibición
específica de este canal podría ser una estrategia
terapéutica que aún no ha sido probada. La
migración es iniciada por la protrusión de la
membrana celular en el frente de avance por medio de una
estructura, el lamelipodio, que se adhiere al sustrato generando
la fuerza necesaria para el desplazamiento celular. Esto ocurre
cuando se polimerizan los filamentos de actina del lamelipodio en
respuesta a numerosos factores, entre ellos los cambios en el
volumen. Existe una dependencia mutua entre el citoesqueleto y el
volumen celular, porque la habilidad de la célula para
modificar su volumen ante los cambios de tonicidad ambiente es
regulada por los filamentos de actina y es abolida cuando no se
permite la polimerización de los filamentos de actina con
citocalasina D; a su vez, los cambios en el volumen influyen en
el estado de los filamentos de actin. Aunque los mecanismos son
más complejos que el presentado, sirve esto para tener una
idea de la forma en que se mueven y migran las células. En
síntesis, el transporte iónico crea el medio
óptimo para el estado de los filamentos de actina y el
resto de las proteínas del citoesqueleto que intervienen
en la migración celular. Reforzando esta idea, Klein et
al. han demostrado que las células renales que expresan un
menor número de intercambiadores NHE migran en forma
más lenta que las normales.

• Migración celular, reparación de
  las heridas y placentación

Tanto la migración celular como la
proliferación celular son responsables en parte de los
mecanismos de reparación de una herida. Por esto
estudiamos el efecto del canal ENaC en la migración
celular de células BeWo, derivadas del trofoblasto humano.
El procedimiento consiste en provocar una herida en un cultivo
celular y estudiar la reparación de la misma por el
relleno de la herida en función del tiempo. Para disminuir
al máximo la proliferación celular, las
células se mantienen en una baja concentración de
suero fetal bovino y la proliferación celular se mide por
ensayo colorimétrico específico con el agente MTT
((3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium
bromide) que permiten obtener el % de viabilidad.

Conclusiones

Con esta revisión bibliográfica llegamos a
las siguientes conclusiones

— Las membranas biológicas pueden encontrarse
delimitando las células del medio circundante así
como muchos organelos citoplasmáticos.

— Las membranas biológicas poseen permeabilidad
selectiva, permitiendo el paso de algunas sustancias e impidiendo
el de otras según el tamaño y la solubilidad de
estas.

— Las sustancias que no pueden atravesar libremente
las membranas pasan a través de ellas mediante mecanismos
que involucran proteínas de membranas específicas
(poros, canales, transporte pasivo y activo).

— El transporte de glucosa a través de la
membrana plasmática ocurre mediante dos tipos de
proteínas acarreadoras : las SGLT acopladas a sodio(
cotransporte) y las GLUT .

—Algunos relacionados con los transportadores de
membrana pueden conducir a la aparición de diversas
enfermedades asociadas.

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Cardiología. 2007,7(Supl.F) 2-13-Vol 7.

Autor:

Ariel Crespo Puentes

Profesor Instructor, Licenciado en
Biología

Enviado por:

TUTOR

Lic. ENFERMERIA

Laigne Conde Acosta